UltraV: เครื่องวัดดัชนีรังสียูวีแบบพกพา: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

เนื่องจากปัญหาทางผิวหนังไม่สามารถตากแดดได้ ฉันจึงใช้เวลาบนชายหาดเพื่อสร้างเครื่องวัดรังสีอัลตราไวโอเลต อุลตร้าวี

มันถูกสร้างขึ้นบน Arduino Nano rev3 พร้อมเซ็นเซอร์ UV, ตัวแปลง DC/DC เพื่อเพิ่มแรงดันแบตเตอรี่ 3v และจอแสดงผล OLED ขนาดเล็ก เป้าหมายหลักของฉันคือทำให้มันพกพาได้ เพื่อให้ฉันสามารถรู้ดัชนี UV ได้อย่างง่ายดายในทุกช่วงเวลาและทุกที่

ขั้นตอนที่ 1: ชิ้นส่วนและส่วนประกอบ

• ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Nano rev.3
• ML8511 ยูวีเซ็นเซอร์
• จอแสดงผล OLED ขนาด 128 × 64 (SSD1306)
• MT3608 DC-DC สเต็ปอัพ
• แบตเตอรี่ CR2
• ที่ใส่แบตเตอรี่ CR2
• สวิตซ์
• ตู้เคส

ขั้นตอนที่ 2: เซ็นเซอร์

ML8511 (Lapis Semiconductors) เป็นเซ็นเซอร์ UV ซึ่งเหมาะสำหรับการรับความเข้มของรังสียูวีในร่มหรือกลางแจ้ง ML8511 มาพร้อมกับแอมพลิฟายเออร์ภายใน ซึ่งจะแปลงกระแสไฟฟ้าจากภาพถ่ายเป็นแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความเข้มของรังสียูวี คุณลักษณะเฉพาะนี้มีอินเทอร์เฟซที่ง่ายกับวงจรภายนอก เช่น ADC ในโหมดปิดเครื่อง กระแสไฟสแตนด์บายโดยทั่วไปคือ 0.1µA ซึ่งทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น

คุณสมบัติ:

• โฟโตไดโอดไวต่อรังสี UV-A และ UV-B
• แอมพลิฟายเออร์ในตัว
• เอาท์พุทแรงดันอนาล็อก
• กระแสไฟต่ำ (ประเภท 300µA) และกระแสไฟสแตนด์บายต่ำ (ประเภท 0.1µA)
• แพ็คเกจติดตั้งบนพื้นผิวขนาดเล็กและบาง (4.0 มม. x 3.7 มม. x 0.73 มม., QFN เซรามิก 12 พิน)

น่าเสียดายที่ฉันไม่มีโอกาสพบวัสดุที่โปร่งใสด้วยรังสียูวีเพื่อปกป้องเซ็นเซอร์ ฝาครอบโปร่งใสชนิดใดก็ตามที่ฉันทดสอบ (พลาสติก แก้ว ฯลฯ) ได้ทำให้การวัดค่า UV อ่อนลง ตัวเลือกที่ดีกว่าน่าจะเป็นแก้วซิลิกาผสมควอตซ์ แต่ฉันไม่พบสิ่งใดในราคาที่สมเหตุสมผล ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจทิ้งเซ็นเซอร์ไว้นอกกล่องในที่โล่ง

ขั้นตอนที่ 3: การดำเนินการ

ในการตรวจวัด เพียงแค่เปิดอุปกรณ์แล้วชี้ไปที่ดวงอาทิตย์เป็นเวลาหลายวินาที โดยให้อยู่ในแนวเดียวกับทิศทางของแสงแดด จากนั้นดูที่หน้าจอ: ดัชนีทางด้านซ้ายจะแสดงหน่วยวัดทันทีเสมอ (หนึ่งหน่วยทุกๆ 200 มิลลิวินาที) ในขณะที่ค่าที่อ่านทางด้านขวาคือค่าที่อ่านสูงสุดในระหว่างเซสชันนี้ นั่นคือสิ่งที่คุณต้องการ

ในส่วนล่างซ้ายของจอแสดงผล มีการรายงานระบบการตั้งชื่อเทียบเท่าของ WHO (ต่ำ ปานกลาง สูง สูงมาก มากสุด) สำหรับดัชนีรังสียูวีที่วัดได้

ขั้นตอนที่ 4: แรงดันแบตเตอรี่และการอ่าน

ฉันเลือกแบตเตอรี่ CR2 สำหรับขนาดและความจุ (800 mAh) ฉันใช้ UltraV ตลอดฤดูร้อนและแบตเตอรี่ยังคงอ่านค่า 2.8 v ดังนั้นฉันจึงค่อนข้างพอใจกับตัวเลือกนี้ เมื่อทำงาน วงจรจะระบายออกประมาณ 100 mA แต่การวัดการอ่านจะใช้เวลาไม่เกินสองสามวินาที เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่คือ 3v ฉันจึงเพิ่มตัวแปลงสเต็ปอัพ DC-DC เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 9 โวลต์และเชื่อมต่อกับพิน Vin

เพื่อให้แสดงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่บนจอแสดงผล ฉันใช้อินพุตแบบอะนาล็อก (A2) อินพุตอนาล็อกของ Arduino สามารถใช้วัดแรงดัน DC ระหว่าง 0 ถึง 5V ได้ แต่เทคนิคนี้ต้องมีการสอบเทียบ ในการดำเนินการสอบเทียบ คุณจะต้องใช้มัลติมิเตอร์ ขั้นแรกให้จ่ายไฟให้กับวงจรด้วยแบตเตอรี่ก้อนสุดท้ายของคุณ (CR2) และอย่าใช้พลังงาน USB จากคอมพิวเตอร์ วัด 5V บน Arduino จากตัวควบคุม (พบบนขา Arduino 5V): แรงดันไฟฟ้านี้ใช้สำหรับแรงดันอ้างอิง Arduino ADC โดยค่าเริ่มต้น ตอนนี้ใส่ค่าที่วัดได้ลงในร่างดังนี้ (สมมติว่าฉันอ่าน 5.023):

แรงดันไฟฟ้า = ((ยาว)ผลรวม / (ยาว)NUM_SAMPLES * 5023) / 1024.0;

ในภาพร่าง ฉันกำลังใช้การวัดแรงดันไฟฟ้าเป็นค่าเฉลี่ยมากกว่า 10 ตัวอย่าง

ขั้นตอนที่ 5: แผนผังและการเชื่อมต่อ

ขั้นตอนที่ 6: ซอฟต์แวร์

สำหรับจอแสดงผล ฉันใช้ U8g2lib ซึ่งยืดหยุ่นและทรงพลังมากสำหรับจอแสดงผล OLED ประเภทนี้ ทำให้มีแบบอักษรให้เลือกมากมายและฟังก์ชันการจัดตำแหน่งที่ดี

เกี่ยวกับการอ่านแรงดันไฟฟ้าจาก ML8511 ฉันใช้พินอ้างอิง Arduino 3.3v (แม่นยำภายใน 1%) เป็นฐานสำหรับตัวแปลง ADC ดังนั้นโดยการแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลบนพิน 3.3V (โดยเชื่อมต่อกับ A1) แล้วเปรียบเทียบการอ่านนี้กับค่าที่อ่านได้จากเซ็นเซอร์ เราสามารถคาดการณ์การอ่านที่สมจริง ไม่ว่า VIN จะเป็นอย่างไร (ตราบใดที่มันสูงกว่า 3.4V)

int uvLevel = AverageAnalogRead(UVOUT);int refLevel = averageAnalogRead(REF_3V3);float outputVoltage = 3.3 / refLevel * uvLevel;

ดาวน์โหลดรหัสเต็มจากลิงค์ต่อไปนี้

ขั้นตอนที่ 7: กรณีสิ่งที่ส่งมาด้วย

หลังจากทดสอบ (ไม่ดี) หลายครั้งเกี่ยวกับการตัดหน้าต่างแสดงผลสี่เหลี่ยมบนกล่องพลาสติกเชิงพาณิชย์ด้วยตนเอง (ไม่ดี) หลายครั้ง ฉันตัดสินใจออกแบบเองสำหรับหน้าต่างนี้ ดังนั้น ด้วยแอปพลิเคชัน CAD ฉันจึงออกแบบกล่องและเพื่อให้มีขนาดเล็กที่สุด ฉันจึงติดตั้งแบตเตอรี่ CR2 ภายนอกที่ด้านหลัง (โดยติดที่ใส่แบตเตอรี่ไว้ที่ตัวกล่อง)

ดาวน์โหลดไฟล์ STL สำหรับกล่องหุ้มจากลิงค์ต่อไปนี้

ขั้นตอนที่ 8: การปรับปรุงในอนาคตที่เป็นไปได้

• ใช้ยูวีสเปกโตรมิเตอร์เพื่อวัดค่าดัชนีรังสียูวีแบบเรียลไทม์จริงภายใต้สภาวะต่างๆ (ยูวีสเปกโตรมิเตอร์มีราคาแพงมาก)
• บันทึกเอาต์พุตจาก ML8511 พร้อมกันด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino
• เขียนอัลกอริธึมเพื่อเชื่อมโยงเอาต์พุต ML8511 กับค่า UVI จริงแบบเรียลไทม์ภายใต้สภาวะบรรยากาศที่หลากหลาย

ขั้นตอนที่ 9: แกลเลอรี่ภาพ

ขั้นตอนที่ 10: เครดิต

• คาร์ลอส ออร์ท:
• ฟอรัม Arduino:
• สตาร์ทอิเล็กทรอนิกส์:
• U8g2lib:
• องค์การอนามัยโลก ดัชนี UV: